近日，國內規(guī)模最大的數模混合IP核提供商四川和芯微電子股份有限公司（IPGoal）正式宣布推出通過USB IF（USB Implementers Forum）兼容性測試的USB3.0完整IP解決方案，為目前大陸地區(qū)第一家通過該項測試的USB3.0物理層IP產品。作為一家專注于高速高精度數模混合信號集成電路IP核研發(fā)、推廣和授權的企業(yè)，IPGoal也是國內首家掌握USB 2.0核心技術并實現批量生產的企業(yè)。USB3.0 IP解決方案的推出再次完善了國內在高速接口技術上的產業(yè)生態(tài)鏈，為集成電路設計企業(yè)實現目前熱門的USB3.0接口技術提供了新的選擇。
按Intel發(fā)布的資料數據顯示，到2014年USB3.0的市場滲透率有望接近30%，采用USB3.0接口技術的臺式和便攜終端設備出貨量將超過5億臺。在USB3.0應用即將爆發(fā)性增長之際，本土IP提供商發(fā)布USB3.0完整IP解決方案對國內產業(yè)有什么樣的意義呢？“USB3.0的普及應用已經完全啟動，以目前USB接口的應用規(guī)模來看，未來市場空間非常巨大，但目前國內企業(yè)在實現難度和成本上都有一定壓力。”IPGoal技術總監(jiān)武國勝指出，“本土企業(yè)推出經過USB IF官方認證的第三方IP解決方案將幫助芯片廠商克服技術上的挑戰(zhàn)，加速產品研發(fā)，同時在成本上更具競爭優(yōu)勢”。
極具挑戰(zhàn)性的USB3.0物理層設計
作為一家半導體行業(yè)的IP提供商，IPGoal的產品鎖定在那些對于芯片設計廠商而言通常最具挑戰(zhàn)的混合信號物理層IP核的設計上，而USB3.0的物理層設計無疑是當前接口設計中最具挑戰(zhàn)性的部分。據悉，僅僅在滿足USB3.0物理層測試認證上就有很多挑戰(zhàn)，例如在兼容性測試上，USB3.0的測試難度遠超過業(yè)界廣泛使用的PCIE和SATAII等其他標準，指標裕量非常小，要滿足苛刻的認證測試要求難度極高。
“我們的USB3.0 IP還針對多種工藝進行了設計，可以應用于針對0.13微米、90納米和65納米工藝節(jié)點的IC設計。”武國勝指出。目前市場可用的第三方USB3.0 IP解決方案基本上是針對90納米及65納米等高速工藝設計，很少有適用于0.13微米工藝的同類IP。與90納米以及65納米設計實現相比，0.13微米的USB3.0實現方案主要挑戰(zhàn)在于5Gbps的速度幾乎接近了該工藝下半導體技術所能實現的極限，設計難度極高。目前IPGoal的USB3.0 IP解決方案已經針對TSMC、SMIC和GLOBALFOUNDRIES三家全球領先的代工廠實現了設計與驗證。
在IPGoal公開的資料中，其USB3.0 IP解決方案具有如下關鍵特性：完全與PIPE3接口兼容；實現了接收器自適應均衡以補償通道損耗、串擾和碼間干擾（ISI）；可編程發(fā)送幅值、預加重和壓擺率；支持不依賴外部器件的擴頻產生與接收；支持USB3.0所有的節(jié)能模式(U0、U1、U2和U3)，可以完成超級低功耗工作模式；等等。“具體到設計實現上，要滿足USB IF的認證要求，其中每一項特性的實現都具有極大的挑戰(zhàn)性。”武國勝指出，“例如，要滿足USB IF兼容性測試項目長達3米的電纜要求，芯片層面與應用層面的信號完整性的優(yōu)化設計非常重要。而支持USB3.0所有的節(jié)能模式對于便攜式等應用來說，是必不可少的關鍵特性要求。”
圖：IPGoal的USB3.0 IP通過了USB IF認證,因此基于該IP開發(fā)的IC產品可以輕松通過此認證
標準IP產品如何實現差異化競爭？
盡管USB3.0標準具有非常廣闊的市場，但作為USB3.0 IP方案提供商，IPGoal絕不是唯一一家，IPGoal如何直面國際同類產品競爭？“我們作為目前國內唯一一家通過USB IF兼容性測試的USB3.0 IP產品，在性能指標上完全滿足標準要求，因此基于我們的IP解決方案實現芯片設計可以輕松通過USB IF認證。在解決方案的關鍵特性上，我對我們的技術優(yōu)勢也非常有信心。”武國勝表示。作為一個具有嚴格規(guī)范要求的接口產品，其實并沒有多少可以實現產品差異化競爭的機會，但武國勝依然能指出IPGoal USB3.0 IP實現的幾點關鍵差異化設計優(yōu)勢：
首先，IPGoal推出的USB3.0 IP解決方案可以滿足當前的主流半導體生產工藝，包括0.13微米、90納米和65納米。當前適用于0.13微米工藝的USB3.0 IP非常少，但目前不少國內SoC設計依然沿用了0.13微米的半導體工藝，因此滿足0.13微米生產工藝的IP選項可以讓客戶的產品設計具有更大的靈活性。
其次，IPGoal的方案還不乏一些局部設計上的技術優(yōu)勢。例如，一些競爭解決方案可能還需要外部參考器件提供內部參考偏置，而IPGoal已經在IP中解決了這個問題，在降低系統(tǒng)BOM采購成本的同時，也減少了芯片封裝的開銷。此外，USB接口的ESD設計通常具有很高的挑戰(zhàn)性，而基于IPGoal設計的驗證芯片ESD超過了4kV的測試，客戶基于該IP方案設計的芯片可以輕松提高系統(tǒng)級ESD防護等級。
第三，作為本土設計團隊，無論在方案總體實現成本上還是設計服務上都具有明顯的優(yōu)勢，這也是IPGoal能夠成為國內最大混合IP提供商的原因。
對于最后一點，武國勝并不想談及具體的費用問題：“我們是國內首家通過USB IF兼容性測試的USB3.0 IP提供商，同時也是國內第一家掌握USB2.0核心技術的企業(yè)，盡管目前USB2.0已經很成熟，但每年依然有大量客戶購買我們的USB2.0 IP方案，客戶看重的正是我們的成本優(yōu)勢和服務能力。”